第2章 节 变阻抗式传感器.ppt

第2章 变阻抗式传感器; 变阻抗式传感器是利用被测量改变线圈电感量或互感量，或者利用被测量改变线圈的等效阻抗，或者利用被测量改变传感器的电容量等，实现对非电量的检测。变阻抗式传感器种类较多，本章介绍自感式传感器、差动变压器、电涡流式传感器和电容式传感器的工作原理和应用。 ; 自感式传感器主要由线圈、铁心、衔铁及测杆等组成。; 工作时，衔铁通过测杆与被测物体相接触，被测物体的位移将引起线圈电感的变化，当传感器线圈接入测量转换电路后，电感的变化将被转换成电压、电流或频率的变化，从而完成非电量到电量的转换。 根据磁路基本知识，线圈的电感为 （2– 1） 式中，N为线圈匝数；Rm为磁路总磁阻。 由于铁心和衔铁的磁阻比气隙磁阻小得多，因此铁心和衔铁的磁阻可忽略不计，磁路总磁阻近似为气隙磁阻，即 式中，δ为气隙厚度；A为气隙的有效截面积；μ0为真空磁导率。; 因此，电感线圈的电感为 （2– 2）;3．螺管式电感传感器 螺管式电感传感器由1只螺管线圈和1根柱形衔铁组成。当被测量作用在衔铁上时，会引起衔铁在线圈中伸入长度的变化，从而引起螺管线圈电感的变化。对于长螺管线圈且衔铁工作在螺管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的，此时线圈的电感与衔铁插入深度成正比。;4．差动式电感传感器 两个完全相同的单线圈电感传感器共用1根活动衔铁就构成了差动式电感传感器。; （2– 5）; 自感式传感器的测量转换电路通常采用电桥电路，其作用是把电感的变化转换为电压或电流信号，以便送入后续放大电路进行放大，然后由仪器指示或记录。;1. 变压器电桥电路 变压器电桥电路如右图所示， 相邻两工作臂是差动式电感传感 器的两个线圈，阻抗为Z1、Z2； 另外两臂为激励变压器的二次线 圈。输出电压取自A、B两点。若 D点为零电位，且传感器线圈的 品质因数（Q值）较高，即线圈 直流电阻远小于其感抗。可推导 出输出电压为; 当衔铁处于中间位置时，即Z1=Z2=Z，此时输出为零，电桥平衡。当衔铁上移时，即Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ，此时;2. 相敏检波电路 下图为带相敏检波的交流电桥电路。工作原理和过程为：在图(a)中，Z1、Z2为电感传感器的两个线圈，作为交流电桥相邻的两个桥臂；Z3、Z4两个相同的阻抗作为电桥的另两个相邻桥臂。D1、D2、D3、D4四只二极管构成了相敏整流器，输入交流电压加在A、B两点上，输出电压自C、D两点取出；指示电表V则为零刻度居中的直流电压表或直流数字电压表。;（1）当衔铁处于平衡位置时，Z1=Z2=Z，C点电位等于D点电位，输出电压U0=0。 （2）当衔铁上移，使上线圈阻抗增大，即Z1=Z+ΔZ，则下线圈阻抗减少为Z2=Z—ΔZ。 在输入交流电压的正半周时，A点为正，B点为负，则二极管D1、D4导通，D2、D3截止。C点电位由于Z1的增大而比平衡时的电位降低；D点的电位由于Z2的减小而比平衡时的电位增高。所以，D点的电位高于C点的电位，此时直流电压表正向偏转。 进入输入交流电压的负半周时，A点为负，B点为正，则二极管D2、D3导通，D1、D4截止。 C点电位由于Z2的减小而比平衡时的电位降低（更负）；D点的电位由于Z1的增大而增高。所以，仍然是D点的电位高于C点的电位，直流电压表正向偏转。; 这就是说，只要衔铁上移，不论输入电压是正半周还是负半周，电压表总是正向偏转，即输出电压为正。; C3为滤波电容，RW1用来调节电桥电路的零位，RW2用来调节指示电表的满刻度，SD为指示灯。电桥的输入由变压器的次级供给，原边采用R5和C4构成的磁饱和稳压器。;1．位移和尺寸的测量 右图为一种电感测厚仪，它的工作原理是：工作前先调节测微螺杆4到